복사(radiation), 전도(conduction), 대류(convection) 또는 이들의 조합에 의해 특정 양의 열에 대한 온도의 반응은 물질마다 다릅니다. 비열이라고도 하는 비열 용량(specific heat capacity)은 특정 온도 간격에 의해 물질의 단위량 온도를 증가시키는 데 필요한 열 에너지의 측정으로 정의됩니다. 비열 용량은 일반적으로 그램-켈빈 당 줄 단위로 표시됩니다. 따라서, 동일한 온도 측정값을 갖는 두 가지 다른 물질은 반드시 같은 양의 열에너지를 가질 필요는 없습니다. 동일한 양의 열에너지에 노출되면 비열 용량이 낮은 물질은 비열 용량이 높은 물질보다 더 따뜻해집니다.
물은 자연 발생 물질 중 가장 높은 비열 용량을 가지고 있습니다. 앞 문장이 의미하는 것은 토양, 모래, 바위 또는 공기와 같은 다른 물질보다 열에너지를 저장하기 위해 훨씬 더 높은 용량을 가지고 있다는 것입니다. 물은 적은 온도 변화만 있어도 많은 양의 열에너지를 발생시킬 수 있습니다.
아래 [Figure 2-6]은 물과 모래의 비열 용량을 비교한 것입니다. 물의 비열 용량은 규사(quartz sand)의 5배 이상입니다. 따라서 물 1g의 온도를 1℃ 올리려면 4.18줄의 열이 필요하고, 규사 1g의 온도를 1℃ 올리려면 0.83줄의 오직 열만이 필요하게 됩니다. 이것이 바로 햇빛이 내리쬐는 여름 오후 해변의 모래가 물보다 뜨거운 이유 중 하나입니다.
비열 용량의 차이는 호수나 바다와 같은 수역(水域, body of water)의 온도가 육지의 표면 온도보다 시간에 따라 변동이 적은 주된 이유 중 하나입니다. 물은 낮과 여름에는 육지보다 더 천천히 뜨거워지게 되고, 밤과 겨울에는 더 천천히 차가워지게 됩니다. 그러므로, 수역은 열 관성이라고 불리는 온도 변화에 대한 저항력이 땅덩어리보다 더 큽니다.
열 흐름의 차이(heat flow difference)는 수역이 육지보다 더 느리게 따뜻해지고 식는 또 다른 이유가 됩니다. 유입되는 태양 복사는 물에서 상당히 깊이까지 침투하지만, 토양과 바위의 경우 최상층 혹은 겉면 정도만 가열할 수 있습니다. 또한, 물은 유체이기 때문에, 유체의 열 에너지는 대류를 통해 대량으로 그리고 깊게 순환될 수 있습니다. 수온의 변화는 매일 6m(20 feet) 이상, 그리고 매년 200~600m(650~1950 feet) 이상 발생합니다. 느린 전도 과정을 통해 열은 전달되기 때문에 이러한 열 흐름은 육지에서 더욱 큰 문제가 됩니다. 육지의 온도 변화는 매일 10cm(4inches) 정도이고, 매년 15m(50 feet) 이하의 깊이에서 발생하게 됩니다.
물은 육지보다 온도 변화에 훨씬 더 저항력을 가집니다. 물은 육지보다 더 천천히 따뜻해지고 시원해지며 근처 공기의 온도를 낮추는데도 도움을 줍니다. 이는 해상 위치(해안가, 바다나 큰 호수)로부터 바람을 타고 바로 떨어진 곳에 위치한 섬들과 지역들이 내륙의 지역들보다 더 작은 주행성 및 계절성 기온 변화를 보이는 이유입니다. [Figure 2-7]은 이러한 효과를 보여줍니다. 비록 두 도시가 거의 같은 위도에 있지만, 샌프란시스코(해안가)의 온도는 캔자스 시티(내륙 위치) 보다 훨씬 덜 변합니다.
- Specific Heat(비열) : 단위 질량에 가해진 열량과 이에 따른 온도 변화의 비를 말합니다. 더 쉽게 이야기하자면 어떤 물질 1g의 온도를 1℃만큼 올리는 데 필요한 열량입니다. 표준 단위는 J/g・K이고, cal/g℃를 사용하기도 합니다. 몰 비열(molar specific heat)은 1 몰에 가해진 열량과 이에 따른 온도 변화의 비를 말합니다. 몰 비열의 단위는 J/mole・K입니다. 비열을 구하는 공식은 [비열(c)=열량(Q)/질량(m)*온도 변화(t)]입니다.
- Specific Heat Capacity(비열 용량) : 단위 질량당의 열용량을 말합니다. 대체로 온도에 따라 변화합니다.
- Quartz Sand(규사) : 이산화규소 (SiO₂) 성분이 주 성분을 이루는 모래를 말합니다. 쉽게 모래라고 생각하시면 됩니다.
- Body of Water(수역, 水域) : '수면의 일정한 구역'을 뜻합니다.
- Thermal Inertia(열 관성) : '어떤 물체가 일정 온도를 가지고 있는 경우 현재의 온도를 유지하려고 하는 성질'을 말합니다.
- Thermal Response : 열 반응
※ U.S. Department of Transportation Federal Aviation Administration, FAA Advisory Circular (AC) 00-6B, AVIATION WEATHER, page 2-8~11 해석